КОМБИНИРОВАННЫЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК Российский патент 2015 года по МПК H04R1/44 

Изобретение относится к измерительной технике и гидроакустике и может быть использовано для измерения интенсивности гидроакустических шумов в натурных условиях.

Известен комбинированный гидроакустический приемник (КГП), содержащий гидрофон и приемник градиента давления, в состав которого входят сферический полый корпус, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра сферического корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал, а также регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления / А. С. СССР №1014154, кл. H04R 1/06, 1983/.

Данный КГП принят за прототип.

Недостатком прототипа является наличие в первичном преобразователе КГП пространственно разнесенных гидрофона и трех приемников компонент колебательной скорости звуковой волны.

Это усложняет конструкцию первичного преобразователя и вносит погрешности в результаты измерений.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение первичного преобразователя КГП за счет устранения из его конструкции гидрофона без потери измерительной информации о параметрах звуковой волны.

Данный технический результат достигают за счет того, что известный комбинированный гидроакустический приемник, содержащий сферический полый корпус с элементами упругого подвеса, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра сферического корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал, а также регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления, дополнительно содержит сумматор, три вычитающих устройства по одному на каждый канал и шесть предварительных усилителей, три из которых выполнены с регулируемым коэффициентом усиления, при этом все пьезоэлементы выполнены с одинаковой полярностью, в каждый канал входят предварительный усилитель и предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, положительные электроды каждой пары пьезоэлементов соединены через соответствующие предварительные усилители с входами соответствующего вычитающего устройства и подключены к входам сумматора, а отрицательные соединены с землей, причем выходы вычитающих устройств подключены к входам регистраторов, соответствующих компонент колебательной скорости, а выход сумматора - к регистратору звукового давления.

КГП дополнительно может содержать конденсаторы, установленные на электрической плате, электрическая емкость которых равна электрической емкости соответствующего пьезоэлемента, при этом конденсаторы и пьезоэлементы каналов выполнены с возможностью их подключения к соответствующим усилителям.

Сферический корпус может быть расположен в корзине, выполненной из упругих колец, соединенных в ячейки. При этом упругие кольца корзины выполнены из резины.

Упругие элементы подвеса сферического корпуса могут быть выполнены из резины.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема приемника, на фиг. 2 - его электрическая схема.

КГП содержит центрально симметричный полый корпус 1, контактирующий как в прототипе с грузом 2 через пары пьезоэлементов 3, 4, 5, установленных на равных расстояниях от центра в трех взаимно ортогональных направлениях X, Y, Z по два на каждый измерительный канал (на фиг. 1 оцифрован только один пьезоэлемент 3, а на фиг. 2 оцифрованы все пьезоэлементы 3, 4, 5).

Корпус 1 соединен с элементами упругого подвеса 6.

КГП содержит также кабель 7 и разъем 8.

Сферический корпус 1 КГП расположен в корзине, выполненной из упругих колец, соединенных в ячейки из резины (на чертеже не показаны).

Упругие элементы подвеса также выполнены из резины и закреплены между жесткой рамой (отдельно не оцифрованной) и корпусом 1.

Электрическая схема (фиг. 2) КГП помимо пар пьезоэлементов 3, 4, 5 включает в себя шесть предварительных усилителей 9, 10, 11, 12, 13, 14, три из которых 9, 11, 13 выполнены с регулируемым коэффициентом усиления.

Имеется также три вычитающих устройства 15, 16, 17 и сумматор 18.

Схема электрических соединений представлена на фиг. 2.

Все пьезоэлементы КГП выполнены с одинаковой полярностью и соединены через предварительные усилители с входами вычитающих устройств.

Так положительные электроды пар пьезоэлементов 3 соединены через предварительные усилители 9, 10 с входами вычитающего устройства 15, выход которого подключен к регистратору канала колебательной скорости X (на фиг. 2 не показан).

Отрицательные электроды пьезоэлементов 3, 4, 5 попарно заземлены, как показано на фиг. 2 (на фиг. 1 показан заземляющий провод 19).

Аналогичные электрические соединения имеют место в каналах Y и Z.

Имеются также калибровочные конденсаторы, электрическая емкость которых равна электрической емкости соответствующего измерительного канала. При этом конденсаторы и пьезоэлементы каналов выполнены с возможностью их подключения к соответствующим усилителям каналов X, Y, Z.

КГП работает следующим образом.

Когда КГП находится в звуковой волне, на пьезоэлементы действует сила, складывающаяся из двух составляющих. Первая составляющая возникает из-за действия акустического давления, которое, деформируя корпус КГП, воздействует на пьезоэлементы. Вторая составляющая обусловлена действием акустического градиента давления, приводящего в движение КГП, при этом сила инерции груза воздействует на пьезоэлементы. Сигналы на пьезоэлементах, возникающие из-за действия давления, - одинаковой полярности. А сигналы, возникающие на паре пьезоэлементов, установленных вдоль каждой оси, - противоположной полярности.

Перед началом работы с помощью предварительных усилителей 9, 11, 13 устанавливаются одинаковые чувствительности пары преобразователей, установленных соответственно в каналах X, Y, Z.

В качестве тестового сигнала можно использовать, например, виброколебания (вибростенда).

Сигнал поступает после усилителей 9…14 на соответствующие вычитающие устройства 15, 16, 17. При этом после вычитающих устройств получаются сигналы U_x, U_y, U_z, пропорциональные величинам колебательных скоростей в звуковой волне в заданных направлениях X, Y, Z, а на выходе сумматора 18 формируется сигнал U_p, пропорциональный уровню звукового давления.

Для оценки электрической составляющей собственного шума и проверки работоспособности КГП в натурных условиях по всем каналам предусмотрено подключение к соответствующим усилителям электрических эквивалентов пьезоэлементов - конденсаторов, дополнительно установленных на электрической плате, электрическая емкость которых равна емкости соответствующих пьезоэлементов.

Таким образом, в отличие от прототипа в данном КГП получают тот же объем измерительной информации без присутствия в его конструктивной схеме гидрофона. Чем достигается поставленный технический результат.

Изобретение относится к метрологии, в частности к измерительным средствам, используемым в гидроакустике. Гидроакустический приемник содержит сферический корпус с элементами упругого подвеса, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал. Также устройство содержит регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления, сумматор, три вычитающих устройства и шесть предварительных усилителей, три из которых выполнены с регулируемым коэффициентом усиления. При этом все пьезоэлементы выполнены с одинаковой полярностью, в каждый канал входят предварительный усилитель и предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, положительные электроды каждой пары пьезоэлементов соединены через усилители с входами соответствующего вычитающего устройства и подключены к входам сумматора, а отрицательные соединены с землей. При этом выходы вычитающих устройств подключены к входам регистраторов, соответствующих компонент колебательной скорости, а выход сумматора - к регистратору звукового давления. Технический результат - упрощение конструкции. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Комбинированный гидроакустический приемник, содержащий сферический полый корпус с элементами упругого подвеса, пьезоэлементы и груз, контактирующий с корпусом через пьезоэлементы, установленные на одинаковых расстояниях от центра сферического корпуса по трем взаимно ортогональным осям по два пьезоэлемента на каждый канал, а также регистраторы трех компонент колебательной скорости и звукового давления, отличающийся тем, что дополнительно содержит сумматор, три вычитающих устройства по одному на каждый канал и шесть предварительных усилителей, три из которых выполнены с регулируемым коэффициентом усиления, при этом все пьезоэлементы выполнены с одинаковой полярностью, в каждый канал входят предварительный усилитель и предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, положительные электроды каждой пары пьезоэлементов соединены через соответствующие предварительные усилители с входами соответствующего вычитающего устройства и подключены к входам сумматора, а отрицательные соединены с землей, причем выходы вычитающих устройств подключены к входам регистраторов соответствующих компонент колебательной скорости, а выход сумматора - к регистратору звукового давления.

2. Комбинированный гидроакустический приемник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит конденсаторы, установленные на электрической плате, электрическая емкость которых равна электрической емкости соответствующего пьезоэлемента, при этом конденсаторы выполнены с возможностью их подключения к соответствующим усилителям.

3. Комбинированный гидроакустический приемник по п. 1, отличающийся тем, что сферический корпус расположен в корзине, выполненной из упругих колец, соединенных в ячейки.

4. Комбинированный гидроакустический приемник по п. 3, отличающийся тем, что упругие кольца корзины выполнены из резины.

5. Комбинированный гидроакустический приемник по п. 1, отличающийся тем, что упругие элементы подвеса сферического корпуса выполнены из резины.